JPH0552665B2 - - Google Patents
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- JPH0552665B2 JPH0552665B2 JP57223180A JP22318082A JPH0552665B2 JP H0552665 B2 JPH0552665 B2 JP H0552665B2 JP 57223180 A JP57223180 A JP 57223180A JP 22318082 A JP22318082 A JP 22318082A JP H0552665 B2 JPH0552665 B2 JP H0552665B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は、タンタル（Ta）膜の酸化処理方法
に関する。特に、水蒸気を含む酸素雰囲気（以
下、wetO2雰囲気という。）中のタンタル（Ta）
膜の熱酸化方法において、その膜質が緻密、高密
度、均質であり、絶縁耐力が大きくリーク電流が
低い酸化タンタル（Ta2O5）膜を製造することが
可能であるタンタル（Ta）薄膜の酸化方法に関
する。
に関する。特に、水蒸気を含む酸素雰囲気（以
下、wetO2雰囲気という。）中のタンタル（Ta）
膜の熱酸化方法において、その膜質が緻密、高密
度、均質であり、絶縁耐力が大きくリーク電流が
低い酸化タンタル（Ta2O5）膜を製造することが
可能であるタンタル（Ta）薄膜の酸化方法に関
する。
(2) 技術の背景
タンタル（Ta）表面の酸化膜、すなわち酸化
タンタル（Ta2O5）膜は、絶縁物としてもまた誘
電体としても使用することができる。つまり、タ
ンタル（Ta）よりなる配線上の層間絶縁物とし
て利用したり、タンタル（Ta）薄膜をキヤパシ
タ電極とするコンデンサの誘電体としても利用可
能である。但し、上記の目的で、酸化タンタル
（Ta2O5）膜を使用する場合、緻密、高密度、均
質であり、絶縁耐力が大きく、リーク電流の小さ
いものであることが望ましい。
タンタル（Ta2O5）膜は、絶縁物としてもまた誘
電体としても使用することができる。つまり、タ
ンタル（Ta）よりなる配線上の層間絶縁物とし
て利用したり、タンタル（Ta）薄膜をキヤパシ
タ電極とするコンデンサの誘電体としても利用可
能である。但し、上記の目的で、酸化タンタル
（Ta2O5）膜を使用する場合、緻密、高密度、均
質であり、絶縁耐力が大きく、リーク電流の小さ
いものであることが望ましい。
(3) 従来技術と問題点
従来、タンタル（Ta）薄膜の酸化方法として
は、主として陽極酸化法及び乾燥酸素雰囲気（以
下dryO2雰囲気という。）中でなす熱酸化法が用
いられている。しかし、陽極酸化法を使用して得
られたタンタル酸化膜（Ta2O5）は多孔質とな
り、絶縁耐力が低く、絶縁膜として使用できない
ばかりでなく、熱処理に弱いため、誘電体として
の使用も困難であり、また、装置が高価かつ複雑
である等の欠点を有し、dryO2雰囲気中での熱酸
化法においては、酸化タンタル（Ta2O5）膜の内
部の組成が不均一となる。すなわち、タンタル
（Ta）と酸化タンタル（Ta2O5）との界面付近で
タンタル（Ta）の濃度が増加し、化学量論的に
不均一となり、膜厚の制御が容易でないためコン
デンサ用誘電体材料として用いることができな
い。さらには、タンタル（Ta）内部にまで酸素
（O2）が拡散されてタンタル（Ta）内部が酸化
されるという不利益が生じる。
は、主として陽極酸化法及び乾燥酸素雰囲気（以
下dryO2雰囲気という。）中でなす熱酸化法が用
いられている。しかし、陽極酸化法を使用して得
られたタンタル酸化膜（Ta2O5）は多孔質とな
り、絶縁耐力が低く、絶縁膜として使用できない
ばかりでなく、熱処理に弱いため、誘電体として
の使用も困難であり、また、装置が高価かつ複雑
である等の欠点を有し、dryO2雰囲気中での熱酸
化法においては、酸化タンタル（Ta2O5）膜の内
部の組成が不均一となる。すなわち、タンタル
（Ta）と酸化タンタル（Ta2O5）との界面付近で
タンタル（Ta）の濃度が増加し、化学量論的に
不均一となり、膜厚の制御が容易でないためコン
デンサ用誘電体材料として用いることができな
い。さらには、タンタル（Ta）内部にまで酸素
（O2）が拡散されてタンタル（Ta）内部が酸化
されるという不利益が生じる。
(4) 発明の目的
本発明の目的は、この欠点を解消することにあ
り、タンタル（Ta）膜の酸化処理方法において、
その膜質が緻密、高密度、均質で絶縁耐力が大き
く、リーク電流の小さい酸化タンタル（Ta2O5）
膜を得ることが可能である、タンタル（Ta）膜
の酸化処理方法を提供することにある。
り、タンタル（Ta）膜の酸化処理方法において、
その膜質が緻密、高密度、均質で絶縁耐力が大き
く、リーク電流の小さい酸化タンタル（Ta2O5）
膜を得ることが可能である、タンタル（Ta）膜
の酸化処理方法を提供することにある。
(5) 発明の構成
本発明の特徴的構成は、タンタル膜を、10
〔Torr〕以上の分圧に水蒸気を含む酸化性雰囲気
中において400〔℃〕〜500〔℃〕に加熱して、酸化
膜厚を処理時間とともに一次関数的に増加させな
がら、酸化タンタル膜を形成する工程を有するタ
ンタル膜の酸化処理方法にある。
〔Torr〕以上の分圧に水蒸気を含む酸化性雰囲気
中において400〔℃〕〜500〔℃〕に加熱して、酸化
膜厚を処理時間とともに一次関数的に増加させな
がら、酸化タンタル膜を形成する工程を有するタ
ンタル膜の酸化処理方法にある。
タンタル（Ta）膜の比較的高温における表面
酸化の機構は、一般に次のように解されている。
すなわち、酸化種はタンタル（Ta）薄膜表面に
形成された酸化タンタル（Ta2O5）中を拡散し、
タンタル（Ta）−酸化タンタル（Ta2O5）界面で
タンタル（Ta）と反応し、そこで酸化タンタル
（Ta2O5）を生成する。
酸化の機構は、一般に次のように解されている。
すなわち、酸化種はタンタル（Ta）薄膜表面に
形成された酸化タンタル（Ta2O5）中を拡散し、
タンタル（Ta）−酸化タンタル（Ta2O5）界面で
タンタル（Ta）と反応し、そこで酸化タンタル
（Ta2O5）を生成する。
ところで、酸化タンタル（Ta2O5）中を拡散す
る酸化種の拡散速度は熱酸化に使用される雰囲気
によつて著しく異なる。例えば、シリコン（Si）
基板上に50〔ｎｍ〕程度の酸化タンタル（Ta2O5）
膜を形成したのち、このシリコン（Si）基板を、
(イ)dryO2雰囲気中において1000〔℃〕をもつてな
す方法と、(ロ)wetO2雰囲気中において800〔℃〕を
もつてなす方法との二通りの方法で、種々の時間
酸化したのち、膜厚の時間変化を観察すると(イ)に
おいては、長時間経てもほとんど変化しないが、
(ロ)の場合は時間と共に膜厚が増加することが確認
された。
る酸化種の拡散速度は熱酸化に使用される雰囲気
によつて著しく異なる。例えば、シリコン（Si）
基板上に50〔ｎｍ〕程度の酸化タンタル（Ta2O5）
膜を形成したのち、このシリコン（Si）基板を、
(イ)dryO2雰囲気中において1000〔℃〕をもつてな
す方法と、(ロ)wetO2雰囲気中において800〔℃〕を
もつてなす方法との二通りの方法で、種々の時間
酸化したのち、膜厚の時間変化を観察すると(イ)に
おいては、長時間経てもほとんど変化しないが、
(ロ)の場合は時間と共に膜厚が増加することが確認
された。
グラフを使用してこの実験結果を、更に説明す
る。第１図は、(イ)の結果、すなわち、1000〔℃〕
のdryO2雰囲気中においてなした場合の結果であ
る。図において、曲線Ａはシリコン（Si）を直接
酸化した場合の結果であり、曲線Ｂ，Ｃ，Ｄは、
それぞれ、18〔ｎｍ〕、24〔ｎｍ〕、48〔ｎｍ〕の厚
さを有する酸化タンタル（Ta2O5）によつて覆わ
れたシリコン（Si）を酸化した場合の結果であ
る。シリコン（Si）が直接酸化される場合には十
分な量の酸化種が供給されるため酸化物膜厚の増
加速度は大きく、酸化時間の平方根に比例して酸
化膜厚が増加するが、厚さの如何によらず酸化タ
ンタル（Ta2O5）膜をもつて覆われたシリコン
（Si）が酸化されたときは、この酸化タンタル
（Ta2O5）膜によつて酸化種の拡散が阻害される
ため、酸化物膜厚の増加速度が小さく、しかも、
時間に対してほとんど変化しない。換言すれば、
dryO2雰囲気中においてなされる酸化反応は酸化
種の拡散によつて律速されている。
る。第１図は、(イ)の結果、すなわち、1000〔℃〕
のdryO2雰囲気中においてなした場合の結果であ
る。図において、曲線Ａはシリコン（Si）を直接
酸化した場合の結果であり、曲線Ｂ，Ｃ，Ｄは、
それぞれ、18〔ｎｍ〕、24〔ｎｍ〕、48〔ｎｍ〕の厚
さを有する酸化タンタル（Ta2O5）によつて覆わ
れたシリコン（Si）を酸化した場合の結果であ
る。シリコン（Si）が直接酸化される場合には十
分な量の酸化種が供給されるため酸化物膜厚の増
加速度は大きく、酸化時間の平方根に比例して酸
化膜厚が増加するが、厚さの如何によらず酸化タ
ンタル（Ta2O5）膜をもつて覆われたシリコン
（Si）が酸化されたときは、この酸化タンタル
（Ta2O5）膜によつて酸化種の拡散が阻害される
ため、酸化物膜厚の増加速度が小さく、しかも、
時間に対してほとんど変化しない。換言すれば、
dryO2雰囲気中においてなされる酸化反応は酸化
種の拡散によつて律速されている。
一方、第２図は、(ロ)の結果、すなわち、800
〔℃〕のwetO2雰囲気中において酸化処理をなし
た場合の結果である。図において、曲線Ｅはシリ
コン（Si）を直接酸化した場合の結果であり、曲
線Ｆは厚さ47〔ｎｍ〕の酸化タンタル（Ta2O5）
によつて覆われた、シリコン（Si）を酸化した場
合の結果である。シリコン（Si）が直接酸化され
た場合も酸化タンタル（Ta2O5）によつて覆われ
たシリコン（Si）が酸化された場合も酸化物膜厚
の増加速度はほぼ等しく、酸化時間に比例して酸
化膜厚が増加している。これはwetO2雰囲気中に
おいてなされる酸化反応は酸化種の拡散によつて
律速されるのではなく、酸化反応自体によつて律
速されていることを示す。すなわち、wetO2雰囲
気中においては、酸化種は酸化タンタル
（Ta2O5）膜中を容易に拡散しうる。
〔℃〕のwetO2雰囲気中において酸化処理をなし
た場合の結果である。図において、曲線Ｅはシリ
コン（Si）を直接酸化した場合の結果であり、曲
線Ｆは厚さ47〔ｎｍ〕の酸化タンタル（Ta2O5）
によつて覆われた、シリコン（Si）を酸化した場
合の結果である。シリコン（Si）が直接酸化され
た場合も酸化タンタル（Ta2O5）によつて覆われ
たシリコン（Si）が酸化された場合も酸化物膜厚
の増加速度はほぼ等しく、酸化時間に比例して酸
化膜厚が増加している。これはwetO2雰囲気中に
おいてなされる酸化反応は酸化種の拡散によつて
律速されるのではなく、酸化反応自体によつて律
速されていることを示す。すなわち、wetO2雰囲
気中においては、酸化種は酸化タンタル
（Ta2O5）膜中を容易に拡散しうる。
また、かかるwetO2雰囲気をもつてなす酸化処
理の場合は酸化種の拡散速度は非常に大きく、シ
リコン（Si）−酸化タンタル（Ta2O5）界面での
シリコン（Si）の酸化反応が律速となつて酸化膜
生成が進行するため、化学量論的に酸化膜が生成
し、緻密、高密度、均質の酸化膜が生成される。
理の場合は酸化種の拡散速度は非常に大きく、シ
リコン（Si）−酸化タンタル（Ta2O5）界面での
シリコン（Si）の酸化反応が律速となつて酸化膜
生成が進行するため、化学量論的に酸化膜が生成
し、緻密、高密度、均質の酸化膜が生成される。
本発明の発明者はこれらの事実はそのままタン
タル（Ta）−酸化タンタル（Ta2O5）系について
もあてはまり、更に、上記(イ)及び(ロ)の場合の拡散
速度の差は、酸素雰囲気中における水蒸気圧の差
にあるものと考えた。すなわち、dryO2雰囲気中
での水蒸気圧は２×10-3〔Torr〕程度であるのに
対し、wetO2中での水蒸気圧は650〔Torr〕程度
と極めて高いため、この範囲にある値において酸
化タンタル（Ta2O5）膜の生成の律速段階は、酸
化種の拡散から界面での酸化反応に移行するはず
であり、その分圧がこの値以上となる程度に水蒸
気を含むwetO2中でタンタル（Ta）の熱酸化を
実行すれば、所望の酸化タンタル（Ta2O5）膜を
定量的に得られるであろうとの着想を得て、水蒸
気圧、及び温度を種々に変化させて実験を重ねた
結果、水蒸気圧が10〔Torr〕以上であり、また熱
酸化の温度が400〔℃〕〜500〔℃〕の温度である条
件を満足させて酸化処理を施せば、酸化反応によ
つて律速され、良質の酸化タンタル（Ta2O5）を
形成することを確認した。
タル（Ta）−酸化タンタル（Ta2O5）系について
もあてはまり、更に、上記(イ)及び(ロ)の場合の拡散
速度の差は、酸素雰囲気中における水蒸気圧の差
にあるものと考えた。すなわち、dryO2雰囲気中
での水蒸気圧は２×10-3〔Torr〕程度であるのに
対し、wetO2中での水蒸気圧は650〔Torr〕程度
と極めて高いため、この範囲にある値において酸
化タンタル（Ta2O5）膜の生成の律速段階は、酸
化種の拡散から界面での酸化反応に移行するはず
であり、その分圧がこの値以上となる程度に水蒸
気を含むwetO2中でタンタル（Ta）の熱酸化を
実行すれば、所望の酸化タンタル（Ta2O5）膜を
定量的に得られるであろうとの着想を得て、水蒸
気圧、及び温度を種々に変化させて実験を重ねた
結果、水蒸気圧が10〔Torr〕以上であり、また熱
酸化の温度が400〔℃〕〜500〔℃〕の温度である条
件を満足させて酸化処理を施せば、酸化反応によ
つて律速され、良質の酸化タンタル（Ta2O5）を
形成することを確認した。
第３図は、本発明にかかるタンタルの酸化処理
方法、すなわち、水蒸気（wetO2）雰囲気での酸
化処理における、処理温度をパラメータとする酸
化処理温度と成長酸化膜厚との関係を示す。
方法、すなわち、水蒸気（wetO2）雰囲気での酸
化処理における、処理温度をパラメータとする酸
化処理温度と成長酸化膜厚との関係を示す。
ここでは、水蒸気圧を650〔Torr〕一定とし、
酸化処理温度を350〜500〔℃〕として、350〔℃〕、
400〔℃〕、420〔℃〕、450〔℃〕及び500〔℃〕のそれ
ぞれの温度における酸化処理時間−成長酸化膜を
測定したものである。図において曲線Ｇ，Ｈ，
Ｉ，Ｊ及びＫは、それぞれ350〔℃〕、400〔℃〕、
420〔℃〕、450〔℃〕及び500〔℃〕における酸化状
況を示す。
酸化処理温度を350〜500〔℃〕として、350〔℃〕、
400〔℃〕、420〔℃〕、450〔℃〕及び500〔℃〕のそれ
ぞれの温度における酸化処理時間−成長酸化膜を
測定したものである。図において曲線Ｇ，Ｈ，
Ｉ，Ｊ及びＫは、それぞれ350〔℃〕、400〔℃〕、
420〔℃〕、450〔℃〕及び500〔℃〕における酸化状
況を示す。
かかる第３図より明らかな如く、酸化処理温度
が400〔℃〕以下の場合には酸化時間を長くとつて
も成長酸化膜厚の急激な増加は生じない。これに
対し400〔℃〕〜500〔℃〕の温度例えば420〔℃〕で
は、成長酸化膜厚の急激な増加（放物線則）が生
じている。すなわち、400〔℃〕〜500〔℃〕の温度
での酸化処理は、酸化種の拡散に律速されている
のではなく、反応律速に従うものとなり、本発明
の目的を達成する。
が400〔℃〕以下の場合には酸化時間を長くとつて
も成長酸化膜厚の急激な増加は生じない。これに
対し400〔℃〕〜500〔℃〕の温度例えば420〔℃〕で
は、成長酸化膜厚の急激な増加（放物線則）が生
じている。すなわち、400〔℃〕〜500〔℃〕の温度
での酸化処理は、酸化種の拡散に律速されている
のではなく、反応律速に従うものとなり、本発明
の目的を達成する。
また前記酸化処理温度を、450〔℃〕一定とし
て、水蒸気圧を５〔Torr〕乃至650〔Torr〕変化
させ、酸化膜の生成状況を調査した。この結果水
蒸気圧が10〔Torr〕以上であれば、本発明にかか
る反応律則による酸化処理を実施することができ
ることが確認された。なおかかる水蒸気圧は、水
蒸気を発生するバブラーの温度が10〔℃〕程の場
合をも可能とする実用的な値である。
て、水蒸気圧を５〔Torr〕乃至650〔Torr〕変化
させ、酸化膜の生成状況を調査した。この結果水
蒸気圧が10〔Torr〕以上であれば、本発明にかか
る反応律則による酸化処理を実施することができ
ることが確認された。なおかかる水蒸気圧は、水
蒸気を発生するバブラーの温度が10〔℃〕程の場
合をも可能とする実用的な値である。
(6) 発明の実施例
以下図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係
る、タンタル（Ta）薄膜の表面酸化方法につい
て説明し、本発明の構成と特有の効果とを明らか
にする。
る、タンタル（Ta）薄膜の表面酸化方法につい
て説明し、本発明の構成と特有の効果とを明らか
にする。
実施例 １
シリコン（Si）基板上に、高周波スパツタリン
グ法によつて厚さ20〔ｎｍ〕のタンタル層を形成
し、該タンタル層を本発明にかかる酸化処理方法
と、従来の乾燥酸素（dryO2〕を用いた酸化処理
方法によつて酸化し、それぞれの酸化処理方法に
よつて生成されたタンタル酸化膜のリーク電流を
測定した。
グ法によつて厚さ20〔ｎｍ〕のタンタル層を形成
し、該タンタル層を本発明にかかる酸化処理方法
と、従来の乾燥酸素（dryO2〕を用いた酸化処理
方法によつて酸化し、それぞれの酸化処理方法に
よつて生成されたタンタル酸化膜のリーク電流を
測定した。
酸化条件は、温度を500〔℃〕、水蒸気圧を950
〔Torr〕とした。本発明にかかる酸化処理方法に
よれば10分の酸化処理により前記タンタル層は全
てタンタル酸化物（厚さ44〔ｎｍ〕に変換され、
dryO2を用いた酸化処理では40分の酸化処理によ
り全てタンタル酸化物に変換された。そして該タ
ンタル酸化物上に対向電極としてアルミニウム層
を形成した。
〔Torr〕とした。本発明にかかる酸化処理方法に
よれば10分の酸化処理により前記タンタル層は全
てタンタル酸化物（厚さ44〔ｎｍ〕に変換され、
dryO2を用いた酸化処理では40分の酸化処理によ
り全てタンタル酸化物に変換された。そして該タ
ンタル酸化物上に対向電極としてアルミニウム層
を形成した。
かかるリーク電流の測定結果を第４図に示す。
同図において、曲線Ｌは従来のdryO2中における
酸化による生成されたタンタル酸化膜の特性、曲
線Ｍは、本発明による酸化処理方法により生成さ
れたタンタル酸化膜の特性を示す。これより明ら
かな如く、本発明によればリーク電流の極めて少
いタンタル酸化膜を得ることができる。
同図において、曲線Ｌは従来のdryO2中における
酸化による生成されたタンタル酸化膜の特性、曲
線Ｍは、本発明による酸化処理方法により生成さ
れたタンタル酸化膜の特性を示す。これより明ら
かな如く、本発明によればリーク電流の極めて少
いタンタル酸化膜を得ることができる。
実施例 ２
一例として、本発明の実施例に係るタンタル
（Ta）薄膜の表面酸化方法を１−トランジスタ１
−キヤパシタ型ランダムアクセスメモルセルの製
造工程の一部として実行した場合について述べ
る。
（Ta）薄膜の表面酸化方法を１−トランジスタ１
−キヤパシタ型ランダムアクセスメモルセルの製
造工程の一部として実行した場合について述べ
る。
第５図参照
ｐ型シリコン（Si）よりなる基板１上に公知の
方法を使用してアイソレーシヨン領域にシリコン
酸化（SiO2）膜２を形成し、さらに素子領域に
MOSトランジスタのゲート絶縁膜となる材料、
例えば、二酸化シリコン（SiO2）を熱酸化法を
使用して厚さ300〔Å〕程度の薄膜３として成長さ
せたのち、多結晶シリコン（Si）層よりなる転送
ゲート４を選択的に形成し、さらにトランジスタ
のn+型ソース・ドレイン領域５，５′を形成す
る。
方法を使用してアイソレーシヨン領域にシリコン
酸化（SiO2）膜２を形成し、さらに素子領域に
MOSトランジスタのゲート絶縁膜となる材料、
例えば、二酸化シリコン（SiO2）を熱酸化法を
使用して厚さ300〔Å〕程度の薄膜３として成長さ
せたのち、多結晶シリコン（Si）層よりなる転送
ゲート４を選択的に形成し、さらにトランジスタ
のn+型ソース・ドレイン領域５，５′を形成す
る。
第６図参照
次に、基板１の全面に層間絶縁膜として二酸化
シリコン（SiO2）よりなる膜３′を化学気相成長
（CVD）法を使用して2500〔Å〕の厚さに形成し、
フオトリソグラフイー法を使用してソース・ドレ
インの一方、例えばソース５の領域の上記二酸化
シリコ（SiO2）膜３′に開口を形成する。続い
て、基板１の全面にタンタル（Ta）をスパツタ
成長法を使用して厚さ1000〔Å〕程度に形成し、
さらに公知の方法によりパターニングしてソース
領域５に接続されるキヤパシタの電極６を形成す
る。
シリコン（SiO2）よりなる膜３′を化学気相成長
（CVD）法を使用して2500〔Å〕の厚さに形成し、
フオトリソグラフイー法を使用してソース・ドレ
インの一方、例えばソース５の領域の上記二酸化
シリコ（SiO2）膜３′に開口を形成する。続い
て、基板１の全面にタンタル（Ta）をスパツタ
成長法を使用して厚さ1000〔Å〕程度に形成し、
さらに公知の方法によりパターニングしてソース
領域５に接続されるキヤパシタの電極６を形成す
る。
第７図参照
上記タンタル（Ta）薄膜よりなるキヤパシタ
用電極６の表面酸化を行ない、誘電体材料として
の酸化タンタル（Ta2O5）膜７を400〔Å〕程度の
厚さに形成する。この工程は水蒸気圧が950
〔Torr〕程度であるwetO2雰囲気中において500
〔℃〕程度の温度をもつて約15分熱酸化を行なう
ことにより可能である。
用電極６の表面酸化を行ない、誘電体材料として
の酸化タンタル（Ta2O5）膜７を400〔Å〕程度の
厚さに形成する。この工程は水蒸気圧が950
〔Torr〕程度であるwetO2雰囲気中において500
〔℃〕程度の温度をもつて約15分熱酸化を行なう
ことにより可能である。
次に該酸化タンタル膜７上及び二酸化シリコン
膜３′を覆つてモリブデン（Mo）を真空蒸着法
により2000〔Å〕程度の厚さに形成し、該モリブ
デン膜を公知の方法によつてパターニングし、対
向電極８を形成する。
膜３′を覆つてモリブデン（Mo）を真空蒸着法
により2000〔Å〕程度の厚さに形成し、該モリブ
デン膜を公知の方法によつてパターニングし、対
向電極８を形成する。
第８図参照
最後に公知の方法により二酸化シリコン
（SiO2）よりなる層間絶縁膜３′、ドレイン領域
コンタクトホールを形成したのち、アルミニウム
（Al）によるピツト線用配線層９を形成する。
（SiO2）よりなる層間絶縁膜３′、ドレイン領域
コンタクトホールを形成したのち、アルミニウム
（Al）によるピツト線用配線層９を形成する。
以上のような本発明により形成されるキヤパシ
タ用誘電体としての酸化タンタル（Ta2O5）膜７
は、緻密、高密度、均質、絶縁耐力が大きくリー
ク電流が小さく、より微細化された高信頼性の１
−トランジスタ１−キヤパシタ型ランダムアクセ
スメモリセルを製造することができる。
タ用誘電体としての酸化タンタル（Ta2O5）膜７
は、緻密、高密度、均質、絶縁耐力が大きくリー
ク電流が小さく、より微細化された高信頼性の１
−トランジスタ１−キヤパシタ型ランダムアクセ
スメモリセルを製造することができる。
なお、前記本発明にあつては、タンタルの酸化
処理方法について開示しているが、本発明の思想
は該タンタルと同様の性質を有する4A族、5A族
の元素の酸化処理に適用することができる。
処理方法について開示しているが、本発明の思想
は該タンタルと同様の性質を有する4A族、5A族
の元素の酸化処理に適用することができる。
なお、本発明にかかる酸化処理方法を実施する
処理装置の一例を、第９図に示す。
処理装置の一例を、第９図に示す。
同図において、１１は石英反応管、１２は抵抗
加熱ヒーターであり、１３は該石英反応管１１に
収容された被酸化処理体例えば表面にタンタル膜
が被着されたシリコン基板である。
加熱ヒーターであり、１３は該石英反応管１１に
収容された被酸化処理体例えば表面にタンタル膜
が被着されたシリコン基板である。
また、１４は前記石英反応管１１へのガス導入
管１５に接続されたバブラー、１６は該バブラー
１４を加熱するヒーター、１７は該バブラー１４
へ酸素（O2）を導入するガス導入管、１８は該
ガス導入管１７とガス導入管１５を直接接続する
如く配設されたガス導入管、１９，２０及び２１
はバルブである。
管１５に接続されたバブラー、１６は該バブラー
１４を加熱するヒーター、１７は該バブラー１４
へ酸素（O2）を導入するガス導入管、１８は該
ガス導入管１７とガス導入管１５を直接接続する
如く配設されたガス導入管、１９，２０及び２１
はバルブである。
該バルブ１９〜２１の切換えによつて、ガス導
入管１７及びガス導入管１５の経路にてdryO2
を、またガス導入管１７、バブラー１４及びガス
導入管１５の経路にてwetO2を反応管１１内へ導
入する。
入管１７及びガス導入管１５の経路にてdryO2
を、またガス導入管１７、バブラー１４及びガス
導入管１５の経路にてwetO2を反応管１１内へ導
入する。
(7) 発明の効果
本発明によれば、酸化膜厚が酸化の時間に対し
て飽和傾向を示さず、酸化の時間とともに直線的
に増加する領域の酸化を利用して、その膜質が緻
密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく、リーク電
流の小さい酸化タンタル（Ta2O5）膜を得ること
が可能である、タンタル（Ta）膜の酸化方法を
提供することができる。
て飽和傾向を示さず、酸化の時間とともに直線的
に増加する領域の酸化を利用して、その膜質が緻
密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく、リーク電
流の小さい酸化タンタル（Ta2O5）膜を得ること
が可能である、タンタル（Ta）膜の酸化方法を
提供することができる。
第１図はdryO2雰囲気中において何物にも覆わ
れていないシリコンと酸化タンタルによつて覆わ
れているシリコンとを酸化した場合の酸化物膜厚
対酸化時間の関係を示すグラフであり、第２図は
wetO2雰囲気中において何物にも覆われていない
シリコンと酸化タンタルによつて覆われているシ
リコンとを酸化した場合の酸化物膜厚対酸化時間
の関係を示すグラフである。第３図は、本発明に
かかる酸化処理方法において、処理温度をパラメ
ータとた処理時間−成長酸化膜厚との関係を示す
グラフである。第４図はdryO2酸化法をもつて製
造されたタンタル酸化膜とwetO2酸化膜法をもつ
て製造されたタンタル酸化膜とのリーク電流対電
圧の関係を示すグラフである。第５図乃至第８図
は、本発明の一実施例に係るタンタル（Ta）薄
膜の表面酸化方法をランダムアクセスメモリセル
の製造工程の一部であるキヤパシタ形成工程に使
用した場合の主要工程完了後の基板断面図、第９
図は本発明にかかる酸化処理方法を実施する酸化
処理装置の一例を示す断面図である。 １……基板（pSi）、２……アイソレーシヨン領
域（SiO2）、３……ゲート（SiO2）、３′，３″…
…層間絶縁膜（SiO2）、４……転送ゲート（ポリ
シリコン）、５，５′……ソース・ドレイン、６…
…キヤパシタ電極（Ta）、７……誘電体
（Ta2O5）、８……キヤパシタ電極（Mo）、９……
配線層（Al）。
れていないシリコンと酸化タンタルによつて覆わ
れているシリコンとを酸化した場合の酸化物膜厚
対酸化時間の関係を示すグラフであり、第２図は
wetO2雰囲気中において何物にも覆われていない
シリコンと酸化タンタルによつて覆われているシ
リコンとを酸化した場合の酸化物膜厚対酸化時間
の関係を示すグラフである。第３図は、本発明に
かかる酸化処理方法において、処理温度をパラメ
ータとた処理時間−成長酸化膜厚との関係を示す
グラフである。第４図はdryO2酸化法をもつて製
造されたタンタル酸化膜とwetO2酸化膜法をもつ
て製造されたタンタル酸化膜とのリーク電流対電
圧の関係を示すグラフである。第５図乃至第８図
は、本発明の一実施例に係るタンタル（Ta）薄
膜の表面酸化方法をランダムアクセスメモリセル
の製造工程の一部であるキヤパシタ形成工程に使
用した場合の主要工程完了後の基板断面図、第９
図は本発明にかかる酸化処理方法を実施する酸化
処理装置の一例を示す断面図である。 １……基板（pSi）、２……アイソレーシヨン領
域（SiO2）、３……ゲート（SiO2）、３′，３″…
…層間絶縁膜（SiO2）、４……転送ゲート（ポリ
シリコン）、５，５′……ソース・ドレイン、６…
…キヤパシタ電極（Ta）、７……誘電体
（Ta2O5）、８……キヤパシタ電極（Mo）、９……
配線層（Al）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ タンタル膜を、10〔Torr〕以上の分圧に水蒸
気を含む酸化雰囲気中において400〔℃〕〜500
〔℃〕に加熱して、酸化膜厚を処理時間とともに
一次関数的に増加させながら、酸化タンタル膜を
形成する工程を有する ことを特徴とするタンタル膜の酸化処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223180A JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223180A JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59112627A JPS59112627A (ja) | 1984-06-29 |
| JPH0552665B2 true JPH0552665B2 (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=16794053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57223180A Granted JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59112627A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100468638C (zh) | 2001-12-18 | 2009-03-11 | 松下电器产业株式会社 | 半导体元件的制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927985A (ja) * | 1972-07-12 | 1974-03-12 | ||
| JPS5153462A (en) * | 1974-11-05 | 1976-05-11 | Fujitsu Ltd | Handotaisochino seizohoho |
| JPS5415668A (en) * | 1975-06-30 | 1979-02-05 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Method of producing semiconductor |
-
1982
- 1982-12-20 JP JP57223180A patent/JPS59112627A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927985A (ja) * | 1972-07-12 | 1974-03-12 | ||
| JPS5153462A (en) * | 1974-11-05 | 1976-05-11 | Fujitsu Ltd | Handotaisochino seizohoho |
| JPS5415668A (en) * | 1975-06-30 | 1979-02-05 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Method of producing semiconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59112627A (ja) | 1984-06-29 |
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